地下“次大陆”可能会改写地质学教科书

许多地震学家和研究人员长期以来一直认为地球拥有一个流动迅速、混合良好的地幔。但根据荷兰乌得勒支大学研究人员的最新发现，这一理论可能需要一些修正。他们的证据来自一对沉没的、大陆大小的“失调”地质岛，它们位于地球表面以下 1,800 英尺的板块“墓地”内。

他们的研究于 1 月 22 日发表在《自然》杂志上，研究依据的是大地震期间产生的音调，这些音调使地球像一口大钟一样振动。正如大学发布的一份公告所解释的那样，地震学家通过分析这些振动的声学特征来研究地球内部。然后，专家还可以根据区域是否失调或音量是否减弱来识别异常。

25 年前，研究人员发现，一些深层地球回响表明，在非洲和太平洋下方数百英里处存在两个地下“超级大陆”。当时，科学家们不确定这些位于地幔和地核边界附近的构造是暂时现象，还是已经存在了数百万年或数十亿年。然而，他们所知道的是，这两个谜团背后隐藏着什么。

“这两座大岛周围是一片板块墓地，这些板块是通过‘俯冲’过程被搬运到这里的，”研究报告合著者、乌得勒支大学地震学家阿尔文·德乌斯 (Arwen Deuss) 在周四的声明中解释道。在俯冲过程中，一个板块会移到另一个板块之下，迫使其从地球表面下沉近 1,900 英尺。

这两个次大陆以及其他导致地震波减速的地区被称为大型低地震速度区（LLSVP）。声波减速的主要原因之一是 LLSVP 的温度比周围环境高。Duess 和同事们专注于 LLSVP “衰减”地震波的能力，指的是波穿过地球时发生的能量损失。他们特别关注音调在哪里走调，以及它们在旅途中变得多大或多安静。

“出乎我们的意料，我们发现 LLSVP 中几乎没有阻尼，这使得那里的声音听起来非常响亮，”研究报告的共同作者 Sujania Talavera-Soza 解释道。“但我们在冰冷的石板墓地中发现了很多阻尼，那里的声音听起来非常柔和。”

这与从上地幔收集到的读数形成了鲜明对比，后者看起来与预期一致——由于温度升高，波浪被抑制。塔拉韦拉-索扎将这种差异比作在炎热或寒冷的天气中跑步。天气炎热时，跑步者往往会放慢速度，而且比气温低得多时更容易疲劳。

同事们建议，除了检查温度之外，还应研究 LSVP 的矿物成分，尤其是单个晶粒的大小。根据 Duess 的说法，晶粒大小被证明“更为重要”。

德斯解释说，石板墓地的 LLSVP 由小颗粒构成，这些小颗粒是矿物在向下进入地球的过程中重新结晶后形成的。颗粒越小，它们的数量就越多，它们之间的微小间隙也越多。任何穿过这些地层的声波在穿过许多颗粒边界时都会损失能量，从而导致更多的阻尼。但由于这两个 LLSVP 产生的阻尼很小，因此它们的颗粒尺寸必须大得多。

更大的颗粒也意味着这些 LLSVP 比研究人员最初假设的要古老得多——至少有 5 亿年历史，但可能甚至超过 10 亿年。这些矿物颗粒也更加坚硬，使它们能够抵抗地球地幔的流动，即地幔对流。

塔拉韦拉-索扎说道：“毕竟，LLSVP 必须能够以某种方式经受住地幔对流。”